2.10. Регулировка усиления и тембра

Регулировка усиления в заданных пределах должна обеспечивать минимальную величину искажений, вызываемых регулировкой, логариф-мическую равномерность регулировки и не оказывать влияния на отно-сительный уровень шумов. Регулировка усиления осуществляется введе-нием затухания в цепь усиления, а также изменением глубины общей или местной ООС в одном из каскадов. Место включения регулятора опреде-ляется следующими соображениями [4].

При включении регулятора на входе усилителя, особенно при его большой чувствительности, возникает опасность повышения отно-сительного уровня шумов. По мере приближения места включения регулятора к выходу усилителя увеличивается вероятность возрастания нелинейных искажений. Включение регулятора в петлю общей ООС уменьшает диапазон регулировки и глубину обратной связи, что приводит к изменению эквивалентных параметров усилителя. Поэтому в силу этих обстоятельств можно рекомендовать включение регулятора в тракт усилителя, где максимальные уровни сигнала не превышают 10-100 мВ.

Путем введения затухания в цепь усиления можно осуществить пос-ледовательную (рис.17а) и потенциометрическую регулировки (рис.17в).

При последовательной регулировке требуемое сопротивление регулятора

,

где R_вх – входное сопротивление каскада, перед которым включен регулятор; D_р =К_иmax /К_иmin – глубина регулировки, которая обычно задается в пределах 30100 (30÷40 дб). Во избежании чрезмерно больших величин R_р последовательную регулировку лучше всего применять на входе каскада с ОЭ. Так как при введении регулятора эквивалентное сопротивление источника сигналов увеличивается, то спад АЧХ на верхних частотах также увеличивается, а на нижних уменьшается.

Потенциометрическая регулировка усиления при большом отношении

R_вх/R_ист может обеспечить полное отсутствие искажений в процессе регулировки. Практически достаточно иметь R_вх/R_ист=100÷1000 и, выбирая можно получитьR_вх/R_р= R_р/R_ист=10÷30. Для этого необходимо включить регулятор между двумя эмиттерными повторителями или применить после регулятора каскад на полевом транзисторе.

Известно, что при пониженной громкости восприятие уровня нижних и верхних тонов по сравнению со среднечастотными тонами снижается. Регулировка усиления, при которой учитывается это обстоятельство, называется тонкомпенсированной. Одна из схем тонкомпенсированной регулировки приведена на рис.18. Относительный подъём уровня низких частот обеспечивается ослаблением шунтирующего действия цепи R₃C₂ по отношению к сопротивлению части потенциометра R_ас. Относительный подъём уровня сигнала на высоких частотах обеспечивается возрастанием шунтирующего действия цепи R₁C₁ по отношению к сопротивлению части потенциометра R_ad. При этом влияние цепей R₃C₂ и R₁C₁ оказывается тем большим, чем меньше сопротивление R_аb. Данные регулятора следующие: R₁=1,8 кОм, R₂=1,0 кОм, R₃ =22 кОм. Сопротивление потенциометра R_р= 47 кОм, при этом R_ad=0,6∙R_р. Иногда применяют два отвода от регулировочного потенциометра с двумя корректирующими RC цепями.

Регулировка тембра применяется для получения оптимального характера звучания воспроизводимых музыкальных и речевых передач. К регуляторам тембра предъявляются следующие требования:

– плавная и независимая регулировка АЧХ на нижних и верхних частотах;

– неизменность вносимого затухания на средних частотах;

–выполнение регулировок посредством изменения одного активного сопротивления при неизменных емкостях и отсутствии индуктивности. Этим требованиям отвечают широко применяемые регуляторы тембра, схемы которых для нижних и верхних частот приведены на рис. 19. Если ввести обозначения: А– коэффициент включения движков потенциометров (А=0, если движки находятся в верхнем положении) и m – коэффициент коррекции, определяющий положение средней частоты в диапазоне регулирования то вносимое регулятором затухание на этой частоте равно:

В области нижних и верхних частот величина а является час-тотнозависимой, причем при А > m/(m+1) затухание возрастает, а при А< m/(m+1) затухание уменьшается по сравнению с величиной а₀. Изменения затухания, вносимые регулятором, находятся как разности а=(а – а₀). Величину m при этом удобно вычислять, по зависимостям m=f(а) для различных значений x = f₂/f₁, где f₁ – частота начала подъема или спада, а f₂ - частота, на которой необходимо получить требуемую а (А = 0 и А = 1 соответственно). Кривые для определения m в области НЧ и ВЧ приведены на рис.20[4]. Выбирать следует минимальный коэффициент коррекции m, обеспечивающий требуемый подъем (или спад) на заданной нормированной частоте x = f₂/f₁.

Регуляторы можно объединить и включить между двумя каскадами. При этом сопротивление источника сигнала должно быть в 1030 раз меньше величины R,а входное сопротивление последующего каскада соответственно в 1030 раз большеR. Заметим при этом, что каскады с общим коллектором позволяют реализовать такие требования. После выбора R вычисляют постоянные времени регулятора, равные:

и ,

и определяются соответствующие емкости (в мкФ) С = 10⁶ /R .

2.11. Защита выходного каскада.

В оконечных каскадах усилителей, работающих при двухполярном пи­тании, весьма вероятно повышение выходной мощности относительно номиналь­ной за счет возможного короткого замыкания выхода усилителя на землю. В этих случаях для мгновенной защиты от перегрузки применяются мос­товые схемы, включаемые на выход усилителя. Пример такой схемы приве­ден на рис.17. РезисторыR₅, R₆вклю­чаются последова­тельно с нагрузкой. Чтобы КПД усилителя не уменьшилось сопротивление этих резисторов должно быть намного меньше сопротивления нагрузки (0,05÷0,1)R_н. При положительной полярности сигнала на выходе усилителя мост, состоящий из резисторовR₁, R₂, R₃иR сбалансирован (R₃/R_н min = R₁/R₂), транзисторыVT5 иVT6закрыты. При уменьшении сопротивления нагрузки до величины, меньшейR_н minмежду базой и эмиттеромVT5 создается отпирающее напряжение. При этом шунтируется входная цепь верхнего плеча оконечного усилителя, выходное напряжение (и ток соответственно) ограничиваются.

При сигнале отрицательной полярности схема действует аналогично, но мост образуется из резисторов R₄, R₅, R₆, и R_н. Разбалансировка этого моста отпирает VT6, который шунтирует входную цепь нижнего плеча оконечного каскада.

Диоды служат для предотвращения срабатывания транзисторов VT5 и VT6 при разбалансировке моста в другую сторону, т.е. когда R_н >R_{н min} .

2.12. Типовая схема усилителя мощности

На рис.22 представлена типовая схема усилителя мощности звукового диапазона частот.

Выходной каскад собран на составных транзисторах: VT10÷VT12 – верхнее плечо; VT11÷VT13 – нижнее плечо. При отсутствии выходного конденсатора и двухполярном питании выходные транзисторы защищены от перегрузки схемой защиты (VT8÷VT9). Транзистор предоконечного каскада (VT5) имеет динамическую нагрузку в виде схемы с ОБ (VT7), на которую задается опорное напряжение с источника напряжения (R₄–VT5–R₅). Напряжение смещения на базы выходных транзисторов задается регулируемым стабилитроном (R_9-10–VT6). Входной каскад – дифференциальный (VT1÷VT3), что позволяет охватить весь усилитель обратной связью последовательной по напряжению (R₁₇ – R₆ – база VT2). Обратная связь стабилизирует режим работы усилителя по постоянному и переменному току. Коэффициент усиления по напряжению задается переменным резистором R₁₂, а верхние рабочие частоты ограничиваются цепочкой R₆ – С₂.

Содержание:

1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1. Содержание и объем курсового проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2. Задание на курсовой проект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3. Порядок проектирования УНЧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2. Расчет принципиальных схем УНЧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1. Оконечные каскады усилителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2. Выбор режимов работы активных элемент . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.3. Схемотехника оконечного каскада и порядок его расчета . . . . . . 9

2.4. Предоконечный каскад усилителя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.5. Расчёт предварительного каскада . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.6 Дополнительные сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.7.Расчет коэффициента гармоник –K_г . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.8. Расчет частотных характеристик . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.9. Обратные связи в усилителе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.10. Регулировка усиления и тембра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.11. Защита выходного каскада . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.12. Типовая схема усилителя мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3. Приложения: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

1. Стандартизованные ряды номиналов сопротивлений . . . . . . . . . . . 43

2. Стандартизованный ряд номинальных напряжений . . . . . . . . . . . . . 43

3. Стандартизированный ряд номиналов емкостей . . . . . . . . . . . . . . . 44

Список рекомендованной литературы

1. Войшвилло Г.В. Усилительные устройства. – М.: Связь, 1977. – 384 с.

2. Цыкин Г.С. Усилительные устройства. – М.: Связь, 1971. – 366 с.

3. Мамонкин И.Г. Усилительные устройства. – М.: Связь, 1977. – 360 с.

4. Проектирование транзисторных усилителей звуковых частот/ Безладнов Н.Л., Герценштейн Б.Я. Кожанов В.К.; Под ред. Н.Л. Безладнова. – М.: Связь, 1978. – 368 с.

5. Остапенко Г.С. Усилительные устройства: Учеб: пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1989. –400с.

6. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2001. – 320 с.